音圧レベルを理解する
音圧レベル (SPL) は、基準値に対する音圧の対数的な尺度であり、デシベル（dB）で表されます。機械の場合、これは騒音放出強度（機械から放射される音の大きさ）を定量化したもので、所定の距離でマイクロフォンや騒音計を用いて測定されます。SPLは、 振動というのも、振動する表面は音を放射するため、音響測定は 振動解析 機械の状態を評価するため――特に、特徴的な単音または広帯域の信号パターンを生じる空力、歯車、および軸受の不具合について。
SPLは主に労働衛生や環境に関する指標（聴覚保護、騒音規制、地域騒音基準など）ですが、実際の診断的価値も有しています。騒音の変化は、機械的な劣化に先行したり、それに伴ったりすることが多く、音響スペクトルを用いることで、振動で観察されるものと同様の周波数パターンを通じて、特定の不具合を特定することができます。 スペクトラム.
1. 数学的背景：なぜデシベルなのか？
SPLは次のように定義される：
音圧レベル（dB）＝20×log₁₀（P/P₀）ここで、P はパスカル単位で表される測定された音圧であり、P₀ = 20 µPa は、人間の聴覚閾値に対応する基準圧力である。
対数スケールが採用されているのには実用的な理由があります。人間の耳は、ごく微かな可聴音から痛みの閾値に至るまで、約100万倍もの広範囲な音圧に対応しているからです。対数スケールを用いることで、その範囲を扱いやすい0～120dB以上の範囲に圧縮することができます。また、このスケールは、初心者を驚かせるような計算の仕組みも説明してくれます。スケールが対数式であるため、音圧が2倍になると 力 3 dBしか増えず、同じ音量の機械を2台組み合わせると、1台の場合より3 dB大きくなるだけで、2倍にはなりません。したがって、音源を組み合わせることは対数和となり、当社の 騒音レベル加算計算機 または、以下の機能を使用して圧力とデシベルの間で換算します サウンドレベルコンバータ.
このスケールの目安として、0 dBは聴覚の閾値、30～40 dBは静かな部屋、60～70 dBは通常の会話、80～90 dBは防音対策が推奨される騒がしい機械の音、100～110 dBは防音対策が必須となる非常に大きな機械の音、そして120 dB以上は痛みの閾値であり、即座に聴覚障害を引き起こす危険性があります。
2. SPLの測定方法
騒音計
- 高精度なマイクロフォンから信号を受け取り、周波数加重および時間加重を適用して、結果をdB SPLで表示するメーター。
- 測定器は、以下の基準に基づき、クラス1（高精度）またはクラス2（汎用）に分類されます。 IEC 61672.
測定距離
- Near field: 音源から1m以内の範囲で、ノイズの原因となっている部品を特定するのに役立ちます。
- Far field: 1 mを超える距離では、自由空間の条件が成立する。1 mは機械分野における一般的な基準である。
- 開けた場所では、音圧レベル（SPL）は約 距離が2倍になるごとに6 dB低下する — の基礎 騒音距離減衰計算機.
周波数加重
- A特性（dBA）： 耳の感度を模倣するように応答特性を調整したもので、騒音評価において圧倒的に最も一般的に用いられている。
- C加重（dBC）： 比較的平坦な特性であり、ピークノイズやインパルスノイズの低周波成分を保持している。
- Z / 線形（dBZ）： 重み付けなし。すべての周波数が等しく考慮されるため、工学解析に適している。
3. 振動との関係
振動する表面からの音の放射
- 振動する表面が周囲の空気を押し出し、音波を放射する。
- 放射音響出力は、おおむね 速度² × 面積、したがって表面積がより大きい 速度 一般的に、SPLが高くなることを意味します。
- ただし、この関係は厳密なものではありません。放射効率は周波数やパネルの形状によって大きく異なるため、同じように振動する2つの表面でも、放射されるエネルギーは大きく異なる場合があります。
診断的相関
- ベアリングの問題： 高周波のヒス音やキーンという音。
- ギアに問題がある： メッシュ周波数における特徴的なキーンという音。
- アンバランス: 1倍速での低周波のうなり音 運転速度.
- キャビテーション: 水蒸気の気泡が潰れる際に、ランダムにパチパチという音がする。
4. 音響スペクトル解析
振動の場合と同様、音響信号を周波数スペクトルに変換することで、複雑なノイズを診断可能な要素に分解することができる。
音色成分
- ギアメッシュ: 歯車噛み合わせ周波数における純音で、しばしば サイドバンド.
- Blade passing: ファンまたはコンプレッサーのブレード通過周波数における音。
- 電気: 電源周波数の2倍の周波数で、モーターから120/100 Hzのハム音が聞こえる。
- Bearing tones: a family of ベアリング故障頻度 harmonics.
広帯域騒音
- 空気力学: 乱流および流体騒音。
- キャビテーション： 広い帯域にわたるランダムな気泡崩壊。
- 軸受損傷： 表面が劣化すると、帯域幅が増加する。
- 摩擦： 連続ランダム放射。
5.アプリケーション
SPL測定は、以下の4つの実用的な分野でその価値を発揮しています：
- 状態監視: 振動データを補完し、ベアリングの不具合をいち早く察知する手がかりとなることが多い（ケーシングの振動が増加する前に騒音が増大することがある）ほか、騒音の質の変化を通じてギアの摩耗状況を追跡する。
- 品質管理： 新規機器の騒音基準に対する受入試験、修理後の検証、および製造工程における製品品質検査。
- 規制遵守: 職業曝露限界値（OSHA、EU指令）、地域騒音基準、および機器仕様。これらは、以下のような曝露線量評価ツールによって裏付けられています。 騒音曝露計算機.
- トラブルシューティング: 騒音源の特定、施設全体の騒音への寄与度の順位付け、および騒音低減対策の効果の検証。
目安として、一般的なA特性音圧レベルは、1メートルの距離で、電動モーターが約70～85 dBA、遠心ポンプが75～90 dBA、ファンおよびブロワーが80～100 dBA、ギアボックスが75～95 dBA、 コンプレッサーでは85～105 dBA、ディーゼルエンジンでは95～110 dBAとなります。
6. 診断指標としてのノイズ
機械の音を長期間にわたって聴く場合、2つの変化が重要になります。A rising level ベアリングの劣化（きしむ音やキーキーという音）、ギアの摩耗（次第に大きくなるキーンという音）、潤滑の問題（摩擦音の増大）、または 緩み （がたつき）。A 性格の変化 — 新たな音が現れたり、周波数が変化したり、断続的あるいは変化するノイズが発生したりすること — は、全体的なdBA値がほとんど変化していなくても、問題が発生しつつあることを示す重要な兆候です。
音響的な手法には限界がある。SPLメーターは音を検知する everything その周辺には、騒音の多い近隣の機械や壁からの反射音、さらには環境騒音などがあり、これらはすべて測定値にノイズを混入させる原因となりますが、接触式センサーであればこうした問題を回避できます。そのため、機械的な不具合を確認する際、特にその修正を行う際には、技術者は直接的な振動測定に頼るのです。騒音調査の結果、不均衡が疑われる場合、次のような携帯型2チャンネルアナライザーが バランセット-1A ベアリングでの1×の振幅と位相を測定して確認し、その場でローターのバランス調整を行うことで、マイクロフォンではほのめかすことしかできなかった真の機械的要因を特定することができます。
7. 測定基準
- IEC 61672： 騒音計の仕様書。
- ISO 3744： 音圧からの音響出力の算出。
- ISO1680： 回転電機用の騒音試験規格。
- ANSI S12.19： 機械騒音の測定。
振動データと併せて使用することで、SPLは機械の状態を包括的に把握することができます。マイクが最初に警告を発することもあり、 加速度計 互いに補完し合い、地域の実情に即した分析を行うことで、単独で行うよりも包括的な評価が可能となる。
